8.1. Нормальні міри, їх типи і вимоги до них

За одиницю вимірювання лінійної величини приймають звичайно еталони довжини, або нормальні міри - із введенням у 1791 р. метрич­ної системи вперше було дано визначення метра як однієї десятимільйонної частини чверті паризького меридіана. На підставі цього в 1799 р. виготовлено еталон метра, який зберігається в Національ­ному архіві Франції і який називається „архівним метром". Це плати­нова лінійка 24 мм завширшки і 4 мм завтовшки; вона закінчується поверхнями, перпендикулярними до осі лінійки, відстань між якими становить 1м.

У 1872 р, міжнародна комісія з прототипів метричної системи підтвердила рекомендацію про прийняття архівного метра як еталона довжини. Щоб установити єдність мір довжини для різних держав, із сплаву (90% платини і 10% іридію) було виготовлено 34 примірники „метра". Еталон являв собою брусок масою 3,3 кг і довжиною 102 см; у поперечному перетині мав форму літери ,,ікс", ніби вписаної в квад­рат із стороною 20 мм. На відстані 10 мм від кожного кінця еталона нанесено по три штрихи 8 мкм завтовшки; проміжки між ними - 0,5 мм. Вісь еталона зафіксовано у вигляді двох ліній, що йдуть по всій довжині жезла на відстані 0,2 мм одна від одної.

Коли ці жезли звірили з архівним метром, виявилося, що жезл № 6 майже точно збігся (з похибкою 0,2 мкм) з дов-жиною архівного мет­ра. Тому в 1889 р. еталон № 6 було затверджено як прототип метра; з ним зрівняли решту жезлів.

Жезл № 6 зберігається в Парижі у Міжнародному бюро мір і ваги, де знаходиться також жезл № 26 - робочий еталон. Решту жезлів пе­редано іншим країнам. Росії дісталося два жезли: № 28 і № 11.

Декретом Ради Народних Комісарів від 14.09.1918 р. Про введення метричної системи мір жезл № 28 визнано основним прототипом мет­ра. З ним порівнювались усі нормальні міри, а сам жезл № 28 звіряли з метром №6 - міжнародним прототипом.

У жовтні 1960 р. XI Генеральна конференція з мір і ваги винесла рішення про відмову від визначення прототипу метра, яке існувало досі, і прийняла нове. Це визначення ґрунтується на порівнянні його з довжиною світлової хвилі: метр є довжина, яка становить 1650763,73 довжини хвилі у вакуумі випромінювання, що відповідає переходу між рівнями і атома криптону-86. Зазначені рівні пока-зують на можливі значення енергії атомів, що відповідають оранжевій лінії спектра криптону-86.

В СРСР до нового прототипу метра перейшли з 1 січня 1963 р. привведенні Міжнародної системи одиниць СІ (з 1 січня 1985 р. введено нове означення метра: це відстань, яку проходить світло у вакуумі за 1/299 792 458 секунди). Тепер за допомогою спеціальних компарато­рів жезли безпосередньо зрівнюють з еталонною довжиною світлової хвилі оранжевої лінії спектра криптону-86. Це порівняння виконується в 100 разів точніше, ніж платино-іридієвих прототипів метра, з гранич­ною похибкою 0,1 мкм. Перехід до нового прототипу метра не виклю­чає безпосереднього порівняння між собою жезлових мір, якщо воно задовольняє запити практики.

До іншого класу нормальних мір належать платинітові та інварні жезли. Серед них - триметровий жезл Н₁₅, який збе-рігається у ВНДІМ. Це робочий еталон; з ним порівнюють триметрові інварні жезли, що знаходяться безпосередньо на компараторах для мірних приладів.

Таких компараторів існує кілька. Серед них найбільш досконалим є компаратор при МІІГАіК, створений у 1928 р. за ініціативою Ф.М. Красовського. Цей компаратор має кілька еталонів, у числі яких - триметровий інварний жезл № 541, яким користуються для вимірювання довжини компаратора.

У жезлах Н₁₅ і № 541 Н-подібний перетин вписаний у квадрат із стороною 36 мм. Вісь жезла проведено у вигляді двох паралельних ліній, розміщених на відстані 0,2 мм одна від одної, а біля його кінців перпендикулярно до осі через 0,2 мм нанесено кілька штрихів. Відстань між середніми поперечними штрихами дорівнює довжині жезла.

На 9-ти бетонних стовпах, які ізольовані один від одного та від під­логи приміщення і встановлені на глибоких фундаментах, на крон­штейнах закріплено 9 мікроскопів, оснащених мікрометрами. Від­стань між сусідніми мікро-скопами 3 м, а між крайніми - 24 м. Під мік­роскопами на бетонних стовпах покладено дві рейки, по яких може пересуватися візок із жезлом №541. Ліворуч від першого і праворуч від дев'ятого мікроскопів знаходяться верстати з блоками для підві­шування дротин.

Компарування виконується чотирма - дев'ятьма прийо-мами за­лежно від потрібної точності. Середня квадратична похибка еталону­вання дротин шістьма прийомами становить близько 11 мкм (або 1:2,2-10⁶). Температурні коефіцієнти дротин визначають методом електронагрівання. Через дроти-ну, підвішену до блочних станків ком­паратора, пропускають електричний струм. Температуру дротини вимірюють термопарами і одночасно виконують багатократні відліки за шкалами дротини. Обробивши ці дані, визначають температурні коефіцієнти дротин.

Платиніт - це нікелева сталь з вмістом нікелю близько 40%. ін­вар - сплав з 64% заліза і 36% нікелю з незначними домішками вуг­лецю, кремнію, хрому, марганцю та інших елементів. У нього дуже малий температурний коефіцієнт лінійного розширення (0,5-10^-6). Вада інвару - низька його стабільність. Міра, виготовлена з інвару, безперервно змінюється, навіть коли знаходиться в спокої. Тому інварні міри потрібно періодічно порівнювати з еталонами.

Нормальні міри повинні бути стабільними щодо збереження своєї довжини. Розміри їх і форма мають бути зручними в користуванні. Нормальні міри необхідно оберігати від різких змін температури, пош­товхів, тряски тощо. Їх треба зберігати в спеціальних приміщеннях з подвійними, добре ізольованими стінами, іноді досить заглибленими в землю, тобто в таких приміщеннях, де відносно постійна темпера­тура.